در سالهاي اخير، به علت افزايش تقاضاي مصرف‌كنندگان و ترويج سبك زندگي سالم، از طرفی تقاضا براي مصرف موادغذايي تازه، با حداقل پردازش، به‌طور پيوسته افزايش يافته است و از طرف دیگر، خطر آلودگي ميكروارگانيسم‌هاي بيماري‌زا و فاسد به علت اين‌كه اكثر محصولات به صورت خام و بدون هيچ آمادهسازي يا پختني، مصرف مي‌شوند، همواره وجود دارد.
خطر شيوع بيماريهاي مرتبط با مصرف محصولات خام و تازه در سالهاي اخير، مستند و برجسته شده است. در پاسخ به افزايش تقاضا براي بالا بردن كيفيت، ايمني و موادغذايي مناسب، يكي از مهمترين ابداعات در صنايع غذايي، توسعه روش‌هاي دماي پايين است كه منجر به محافظت از موادغذايي به علت كاهش تأثير فراوري بر ارزش غذايي و كيفيت حسي و چشايي با حفظ ايمني غذايي ميشود.
از جمله فناوري‌هاي جديد و در حال ظهور در پردازش موادغذايي جهت كاهش باقيمانده سموم، می‌توان به پلاسماي غيرحرارتي، اولتراسونيك، فشار هيدروستاتيك بالا، ميدان‌هاي الكتريكي پالسي، استفاده از اشعه ماوراي بنفش، ازون، فتوكاتاليست و پرتودهي اشاره کرد.
اشاره
استفاده از آفتکشها به طور پیوسته از سال 1940 افزایش یافته است و در سراسر جهان هر ساله یک میلیون تن آفت‌کش پراکنده می‌شود. از این‌رو آفتکشها امروزه همه محیطزیست اعم از هوا، آب، خاک، رسوبات و منابع غذایی را آلوده کرده‌اند. انسانها از طریق محیطزیست و غذا، ناگزیر در معرض تماس با آفتکشها قرار می‌گیرند. برخی از این آلاینده‌ها، اثر سمی بر دستگاه‌های عصبی و غدد درون‌ریز دارند و سرطان‌زا هستند و برخی به طور ویژه ارتباط مستقیم با سرطان سینه، پانکراس، پوست، پروستات، مغز و دستگاه گوارش دارند. تماس با آفت‌کش میتواند منجر به اختلالات جدی در فرايند رشد شود.
در دهه‌های اخیر، از یک سو، به علت تغییر در عادات غذایی و رفتار مصرف‌کنندگان و از سوی دیگر، با روند روزافزون صنعتی و جهانی‌‌تر شدن عرضه زنجیره غذایی، اقبال عمومی نیز به کیفیت و ایمنی موادغذایی به طور معنی‌داری افزایش یافته است. این تغییرات موجب افزایش تقاضا برای بالا بردن سطح استانداردهای کیفیتی و کنترل مراحل فراوری موادغذایی شده است. برآوردن این درخواست عمومی، نیازمند ابزارهای سم‌زدايي است كه در ادامه، مهمترين آنها معرفي خواهند شد.
روش‌هاي معرفي شده در اين بررسي، از ویژگي‌هاي زير برخوردارند:
1- غير فعال‌سازي مؤثر پاتوژن‌هاي شايع و در حال ظهور، حذف آلاينده‌ها از جمله سموم كشاورزي
2- حفظ كيفيت محصول
3- دوست‌دار محيط‌زيست
4- قابل استفاده در فرايندهاي مكانيزه و اتوماتيك
پلاسماي سرد (Cold Plasma)
از سال 1861 از واژه «تخليه الكتريكي خاموش» در انگلستان، آلمان و فرانسه به عنوان «پلاسماي سرد» یاد شده است. واژه پلاسما نخستين بار توسط «ايروينگ لانگموير» در سال 1928 در حالي كه شدت واكنش گاز يونيزه او را به ياد پلاسماي خون مي‌انداخت، معرفي شد. پس از جامد (خاک)، مایع (آب) و گاز (باد)، از پلاسما (آتش) به عنوان عنصر چهارم طبیعت یاد می‌شــود. پلاســما مجموعه‌اي از یون‌ها، الکترون‌ها، اتم‌هاي خنثي، رادیکال‌ها و گونه‌هــای برانگیختــه اســت که بــا اعمال اختلاف ولتاژ بین دو الکترود تولید می‌شود.
ویژگیهای پلاسمای سرد: مهمترین ویژگیهای پلاسمای سرد که باعث کاربرد آن در گیاه‌پزشکی، کشاورزی و صنایع غذایی شده است، عبارتند از:
-
اصلاح سطح مواد، بدون تخریب حرارتی و بدون تغییر مورفولوژی خواص ذاتی مواد
-
میزان اثرگذاری بالا و طولانی مدت
-
سادگی در به‌کارگیری فرآیند
-
فرآیندی خشک و بدون استفاده از مواد شیمیایی سمی یا آلوده‌کننده
-
صرفه‌جویی در مصرف آب و انرژی
-
امکان تیمار سطوح در فشار محیط (اتمسفری)
-
داراي خاصيت ضد ميكروبي مؤثر و انعطاف‌پذير با كاربردهاي بالقوه براي طيف گسترده‌اي از موادغذايي
-
داراي خاصيت ميكروب‌زدايي از سطح به علت راديكالی‌هاي آزاد و پرتوي UV
-
امکان انجام فرآیند به صورت مداوم در فرایندهای صنعتی
10-دارای استاندارد زیستمحیطی بسیار بالا
11-کاهش تولید گازهای گلخانهای
کاربردهای صنعتی و تجاری پلاسمای سرد در صنایع غذایی و کشاورزی
امروزه بســیاری از کشورهای پیشرفته برای گســترش کاربرد پلاسمای سرد در صنایع غذایی، کشــاورزی و صنایع وابسته به آن ســرمایه‌گذاری کرده‌اند. افزایش روزافزون و چشــمگیر مطالعات، طرح‌هــای تحقیقاتی و تجاری در ســال‌های اخیر در موضوعات متعدد مربوط به این حوزه، دلیل روشنی بر این مدعا است. تأثیر پلاسماي سرد در غیرفعال‌سازی میکروارگانیســم‌ها، تغییــر خصوصیات ســطحی مواد، ایجــاد محیط شــیمیایی فعال در پلاســما و برهمکنش آن با ســطح مواد از جمله قابلیت‌های پلاسما است که سبب اقبال دســت‌اندرکاران و شــرکت‌های فعال در این حوزه به اســتفاده از پلاسما در صنایع غذایی و کشاورزی شــده است.
سم‌زدایی و از بین بردن آفتکشها از سطوح موادغذایی، افزایش زمان ماندگاری محصولات غذایی و کشاورزی، از بین بردن آفات بذرها و محصولات کشاورزی و آشکارسازی سریع میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا، از جمله كاربردهاي پلاسماي سرد در حوزه گياه‌پزشكي است كه نمونه‌اي از آن نشان داده شده است.
شكل 1- افزايش سلامت محصولات كشاورزي تحت پلاسماي سرد با حفظ طعم، رنگ و مزه
اولتراسونيك يا فرا صوت (Ultrasonic)
اولتراسوند يا فراصوت، انرژي توليد شده به وسيله امواج صوتي 20000 (يا بيشتر) تعداد نوسانات در ثانيه است. امروزه روش‌هاي توسعه يافته بر مبناي فراصوت به عنوان يك روش غيرميكروبي جهت استفاده در صنايع غذايي به‌كار مي‌رود كه نمونه‌اي از كاربردهاي آن در شكل (2) نشان داده شده است. فركانس‌هاي بالا در محدوده MHz 20-1/0، عملگرهاي پالسي و سطوح با توان پايين (mW100) به عنوان روش‌هاي غير مخرب شناخته شده‌اند.
تحريك اولتراسونيك براي ارزيابي غيرمخرب بررسي كيفيت دروني يا نقص نهفته در ميوه‌ها و سبزيجات به شيوه‌اي مشابه استفاده از اولتراسوند براي مشاهده جنين در حال رشد در رحم مادر مورد بررسي قرار مي‌گيرد. استفاده از امواج اولتراسوند با شدت كم و فركانس بالا براي بهبود نظارت بر موادغذايي به دليل شتاب اين امواج در پديده انتشار و نفوذ است.
شكل 2- دستگاه اولتراسونيك جهت كاهش باقيمانده سموم و ساير آلاينده‌ها
مكانيزم سم‌زدايي
اولتراسونيك شامل سه مرحله ايجاد حباب، رشد حباب‌ها و در نهايت، انفجار تعداد زيادي حباب كوچك است. شوك‌هاي ميكرومكانيكي با ساخت و شكست حباب‌هاي ميكروسكوپي ناشي از نوسان فشار در فرايند امواج فراصوت ايجاد ميشود. اين شوك‌ها منجر به تخريب ساختار سم مي‌شوند و در نهايت، از آنجا كه اولتراسونيك به عنوان ابزار كنترل الكترونيكي آفات نيز شناخته شده است، با دور كردن و كاهش جمعيت آفات، منجر به استفاده كمتر از آفت‌كش و در نتیجه، كاهش باقيمانده آفت‌كش‌ها در محصولات خواهد شد.
ازون (Ozone)
ازون کلمه یونانی به معنی بو و با سه اتم اکسیژن است كه با مواد آلي طي دو مكانيزم جداگانه به‌طور مستقيم و غيرمستقيم برهمكنش مي‌دهد. در واكنش غيرمستقيم يا اكسيداسيون، راديكال‌هاي فعال اكسيژن كه از تجزيه ازون حاصل شده‌اند، با مواد آلي برهمكنش مي‌دهند. ازون داراي قدرت اكسيداسيون بالاتري نسبت به پتاسيم پرمنگنات و كلر است و اصولاً محصولات جانبي خطرناك توليد نمي‌كند. ازون با حذف ميكروارگانيسم‌هاي مضر، سبب كاهش بار ميكروبي در محصول ميشود و بوهاي نامطبوع را كه اكثراً محصول تركيبات حلقوي هستند، در هم مي‌شكند. استفاده از ازون هنگام بسته‌بندي محصول، علاوه بر حذف بوهاي نامطبوع، باعث شفافيت، حفظ طراوت و ماندگاري محصولات ميشود كه نمونه‌اي از كاربردهاي آن در شكل (3) آمده است.
(a) (b)
شكل 3- (a) دستگاه توليد ازن جهت كاهش آلاينده‌هاي موادغذايي و (b) برخي كاربردهاي خانگي آن
تلفيق اولتراسونيك و ازون: همان‌طور كه در شكل (4) نشان داده شده، استفاده همزمان از اين دو روش، نتايج بهتري نسبت به استفاده جداگانه از هر يك دربردارد. مهمترين مزيت، افزايش انتقال جرم ازن از فاز گازي به درون نمونه به كمك نيروي مكانيكي اولتراسونيك است. حباب‌هاي حاصل از اولتراسونيك منجر به تجزيه سريع‌تر 3O به 2O و راديكال اكسيژن (·O) مي‌شوند و به اين ترتيب، اين دو پديده اثر يكديگر را تقويت مي‌كنند كه منجر به بهبود عملكرد ميشود.
شكل 4- دستگاه تلفيقي توليد ازون-اولتراسونيك جهت كاهش آلاينده‌هاي مواد غذايي با كاربرد خانگي
فتوكاتاليست (Photocatalyst)
فتوکاتالیست به کاتالیزورهایی گفته می‌شود که در حضور نور، فعال می‌شوند. فتوکاتالیست‌ها معمولاً اکسیدهای جامد نیمه‌رسانا هستند که با جذب فتون‌ها یک جفت الکترون- حفره در آنها ایجاد می‌شود.
شكل 5- از فتوکاتالیست‌ها در تصفیه آب، تصفیه آلاینده‌ها از هوا، شیشه‌های خودتمیزشونده و تجزیه مولکول‌های آلی و ساير آلاينده‌ها استفاده می‌شود.
این الکترون- حفره میتواند با مولکول‌های موجود در سطح ذرات واکنش دهد. به عبارتي، فتوکاتالیست ماده‌ای است که با جذب نور، باعث ایجاد یک واکنش شیمیایی در محیط می‌شود. در ميان نيمه رسانا‌هاي بررسي شده تاكنون، دي‌اكسيد تيتانيوم TiO2 رضايت‌بخش‌ترين نتايج را به دنبال داشته است؛ چرا كه علاوه بر بازده كاتاليزوري برجسته، به علت قيمت پايين، ايمني زيست محيطي، توانايي ذخيره نور خورشيد و پايداري در برابر خوردگي نوري نيز حائز اهميت است. نمونه‌اي از كاربردهاي آن در شكل (5) نشان داده شده است.
پرتوي يونيزاسيون (Ionization Radiation)
اشعه گاما نوعی از امواج الکترومغناطیسی است كه طول موج آن بسیار کوتاه و از 01/0 تا 1 آنگستروم تغییر می‌کند.
شكل 6- پرتودهي محصولات با اشعه گاما جهت كاهش آلاينده‌ها و افزايش طراوت و ماندگاري محصول
جرم آن در مقیاس اتمی صفر، سرعت آن برابر سرعت نور و بار الکتریکی آن صفر است. انرژی اشعه گاما از ۱۰ کیلو الکترون ولت تا ۱۰ مگا الکترون ولت تغییر می‌کند. اشعه گاما هنگام عبور از مواد با اتم‌هاي آنها برخورد مي‌كند و گاه بر اثر اين برخوردها ممكن است الكترون‌ها از اتم‌هاي اين مواد جدا شوند و يون توليد كنند؛ لذا اين فرايند را يونيزاسيون گويند. اشعه يونيزاسيون جهت القاي تخريب براي دامنه گسترده‌اي از آلاينده‌هاي آلي به كار مي‌رود. در اين روش، فرايند تابش با پرتويي از الكترون‌هاي پرشتاب كه همان اشعه گاما است، جهت تخريب آلاينده‌هاي آلي مختلف از جمله سموم به كار مي‌رود. اشعه گاما به عنوان يك فناوری مهم در صنايع غذايي باعث حفاظت طيف گسترده‌اي از ميوه‌ها و سبزيجات شده است كه در شكل (6) نحوه استفاده از آن آمده است.
مهر99-سال41-شماره490-ص29